МАРШРУТИЗАЦИЯ ТКС

Сущность, цели и способы маршрутизации.

Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачиот отправителя к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим, но и возможен выбор оптимального или приемлемого маршрута. Речь идет, прежде всего, о сетях с произвольной (ячеистой) топологией, в которых реализуется коммутация пакетов. Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной, многосегментной) реально стоит и решаетсязадача выбора маршрута для передачи кадров, для чего используются соответствующие средства, например, маршрутизаторы.

В виртуальных сетях задача маршрутизации при передаче сообщения, расчленяемого на пакеты, решается единственный раз, когда устанавливается виртуальное соединение между отправителем и получателем. В дейтаграммных сетях, где данные передаются в форме дейтаграмм, маршрутизация выполняется для каждого отдельного пакета.

(Датаграмма (англ. datagram, дейтаграмма) — блок информации, передаваемый протоколом безпредварительного установления соединения и создания виртуального канала. Любой протокол, не устанавливающий предварительное соединение (а также обычно не контролирующий порядок приёмо-передачи и дублирование пакетов), называется датаграммным протоколом. Таковы, например, протоколы Ethernet, IP, UDP и др.)

Выбор маршрутов в узлах связи ТКС производится в соответствии с реализуемым алгоритмом(методом) маршрутизации.

Алгоритм маршрутизации — это правило назначения выходной линиисвязи данного узла связи ТКС для передачи пакета, базирующееся на информации, содержащейся в заголовке пакета (адреса отправителя и получателя), и информации о загрузке этого узла (длина очередей пакетов) и, возможно, ТКС в целом.

Основные цели маршрутизации заключаются в обеспечении:

• минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю;

• максимальной пропускной способности сети, что достигается, в частности, нивелировкой загрузки линий связи ТКС;

• максимальной защиты пакета от угроз безопасности содержащейся в нем информации;

• надежности доставки пакета адресату;

• минимальной стоимости передачи пакета адресату.

Различают следующие способы маршрутизации:

1. Централизованная маршрутизация реализуется обычно в сетях с централизованнымуправлением. Выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, а узлы сети связи только воспринимают и реализуют результаты решения задачи маршрутизации.

2. Распределенная (децентрализованная) маршрутизациявыполняется главным образом в сетях с децентрализованным управлением. Функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, которые располагают для этого соответствующими средствами. Распределенная маршрутизация сложнее централизованной, но отличается большей гибкостью.

3. Смешанная маршрутизация характеризуется тем, что в ней в определенном соотношении реализованы принципыцентрализованной и распределенной маршрутизации. Задача маршрутизации в сетях решается при условии, что кратчайший маршрут, обеспечивающий передачу пакета за минимальное время, зависит от топологии сети, пропускной способности линий связи, нагрузки на линии связи.

Методы маршрутизации.

Различают три вида маршрутизации - простую, фиксированную и адаптивную. Принципиальная разница между ними — в степени учета изменения топологиии нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.

Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменение ее состояния(нагрузки). Она не обеспечиваетнаправленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. Ее преимущества — простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида некоторое практическое применение получили случайная и лавинная маршрутизации.

• Случайная маршрутизация

Для передачи пакета из узла связи выбирается одно, случайновыбранное, свободноенаправление. Пакет ≪ блуждает ≫ по сети и с конечной вероятностью когда-либо достигает адресата.

• Лавинная маршрутизация (или заполнение пакетами всех свободных выходных направлений)

Предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле, имеет место явление ≪размножения≫; пакета, что резко ухудшает использование пропускной способности сети. Значительное ослабление этого недостатка достигается путем уничтожения в каждом узле дубликатов (копий) пакета и продвижения по маршруту только одного пакета. Основное преимущество такого метода — гарантированное обеспечение оптимального времени доставки пакета адресату, так как из всех направлений, по которым передается пакет, хотя бы одно обеспечивает такое время.

Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается изменение ее нагрузки. Для каждого узла назначения направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), которая определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью. Они составляются заново при изменении топологии сети. Отсутствие адаптации к изменению нагрузки приводит к задержкам пакетов сети. Различают однопутевую и многопутевую фиксированные маршрутизации. Первая строится на основе единственного пути передачипакетов между двумя абонентами, что сопряжено с неустойчивостью к отказам и перегрузкам, а вторая — на основе нескольких возможных путей между двумя абонентами, из которых выбирается наиболее предпочтительный путь. Фиксированная маршрутизация применяется в сетяхс мало изменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.

Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения как топологии, так и нагрузки сети. Существуют несколько модификаций адаптивной маршрутизации, различающихся тем, какая именно информация используется при выборе маршрута. Получили распространение такие модификации, как локальная, распределенная, централизованная и гибридная адаптивные маршрутизации.

• Локальная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей:

- таблицу маршрутов, которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла;

- данные о состоянии выходных линий связи (работают или не работают);

- длину очереди пакетов, ожидающих передачи.

Преимущество такого метода состоит в том, что принятие решения о выборе маршрута производится с использованием самых последних данных о состоянии узла. Недостаток метода заключается в его ≪близорукости≫;, поскольку выбор маршрута осуществляется без учетаглобального состояния всей сети. Следовательно, всегда есть опасность передачи пакета по перегруженному маршруту.

• Распределенная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, указанной для локальной маршрутизации, иданных, получаемых от соседних узлов сети. В каждом узле формируется таблица маршрутов (каталог) ко всем узлам назначения, где указываются маршруты с минимальным временем задержки пакетов. До начала работы сети это время оценивается, исходя из топологии сети. В процессе работы сети узлы периодически обмениваютсяс соседними узлами, так называемыми таблицами задержки, в которых указывается нагрузка (длина очереди пакетов) узла. После обмена таблицами задержки каждый узел перерассчитывает задержки и корректирует маршруты с учетом поступивших данных и длины очередей в самом узле. Обмен таблицами задержки может осуществляться не только периодически, но и асинхронно в случае резких изменений нагрузки или топологии сети.

• Централизованная адаптивная маршрутизация характеризуется тем, что задачамаршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации (ЦМ). Каждыйузел периодически формирует сообщение о своем состоянии (длине очередей и работоспособности линий связи) и передает его в ЦМ. По этим данным в ЦМ для каждого узла составляется таблица маршрутов. Естественно, что передача сообщений в ЦМ, формированиеи рассылка таблиц маршрутов - все это сопряжено с временными задержками, следовательно, с потерей эффективности такого метода, особенно при большой пульсации нагрузки в сети. Кроме того, есть опасность потери управления сетью при отказе ЦМ.

• Гибридная адаптивная маршрутизация основана на использовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети, в сочетании с анализом длины очередей в узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и локальной маршрутизации. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки централизованной (маршруты, формируемые центром, являются несколько устаревшими) и локальной (≪близорукость≫ метода) маршрутизации и воспринимает их преимущества: маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а учеттекущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи